WO2010145831A1 - Verfahren und vorrichtung zur detektion von verdeckten gegenständen mittels elektromagnetischen mm-wellen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur detektion von verdeckten gegenständen mittels elektromagnetischen mm-wellen Download PDF

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WO2010145831A1
WO2010145831A1 PCT/EP2010/003677 EP2010003677W WO2010145831A1 WO 2010145831 A1 WO2010145831 A1 WO 2010145831A1 EP 2010003677 W EP2010003677 W EP 2010003677W WO 2010145831 A1 WO2010145831 A1 WO 2010145831A1
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test object
antennas
transmitting
receiving
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PCT/EP2010/003677
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Michael Jeck
Claudius Volz
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Smiths Heimann Gmbh
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    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9064—Inverse SAR [ISAR]

Definitions

  • the invention relates to a method for the detection of hidden objects by means of electromagnetic mm-waves, in particular of objects that are carried by persons.
  • depth profiles are to be recorded close to the mm-wave scanner, in the so-called near field. These depth profiles can be used to detect the reflective signals from weakly reflective objects, which are normally obscured by the signals of more reflective objects in other depth layers.
  • Examples of low-reflectivity objects whose signals are obscured by highly reflective objects are explosive films that have low mm-wave reflection on human skin, which rips heavily on mm-waves. Fhfinsn become the signals of low-reflection plastic mines that become hidden under the highly reflective surface of the earth.
  • the depth resolution by means of mm waves is carried out by transmission and evaluation of extremely short pulses or by frequency modulation as in the FMCW radar.
  • a possible special form of the FMCW radar is the so-called stepped FMCW radar, in which discrete frequencies are used, which are recalculated into pulses in the time domain with the aid of Fourier transformation. All of these methods require a very large bandwidth if a depth resolution of a few centimeters is required. For example, a bandwidth of 10 GHz is required for a depth resolution of 1.5 cm.
  • stepped FMCW radar a relatively small step size of frequencies is required to avoid fake targets. Thus, for a uniqueness range of 1.5 m, a maximum increment of 100 MHz is permitted.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for the detection of hidden objects by means of electromagnetic mm-waves, which allows technically less expensive good depth resolution.
  • This object is achieved according to the invention in that the mm-waves are focused on different depth layers of the test object when irradiating a test object.
  • a device comprises a transmitting antenna for electromagnetic mm-waves, a receiving antenna for receiving the test object reflected waves, an evaluation system and a focusing element, from which the waves emitted by the transmitting antenna are focused on different depth ranges of the test object.
  • a transmitting antenna for electromagnetic mm-waves for electromagnetic mm-waves
  • a receiving antenna for receiving the test object reflected waves for receiving the test object reflected waves
  • an evaluation system for a focusing element, from which the waves emitted by the transmitting antenna are focused on different depth ranges of the test object.
  • the use of a combined transmitting and receiving antenna is also possible.
  • Another device comprises one or more transmitting antennas (1) for electromagnetic mm-waves, one or more receiving antennas for receiving waves reflected from the test object, wherein the
  • Receiving antennas are adjustable, an evaluation system and means for
  • This device comprises one or more transmitting antennas (1) for electromagnetic mm-waves, one or more receiving antennas for receiving waves reflected from the test object and an evaluation system, the means for the subsequent mathematical focusing of the mm-waves on a depth layer with the aid of measured amplitudes and / or phases up.
  • the invention uses the properties of a focusing, for example by a focusing element, for example a lens.
  • the energy is focused on one point, and the energy density drops before and after that point.
  • the strength of the waste and thus the depth resolution depend on the angle of incidence ⁇ of the rays on the test object. It is thus possible to distinguish objects of different distances from the antennas based on a sufficient depth resolution. This enables a sufficient depth resolution with monofrequency mm-wave scanners.
  • Another advantage is that the method can be used for a real-time system.
  • the focusing element is at the same time designed as a reflector. This makes it possible to space-saving to arrange the transmitting antenna between the focusing element and the test object.
  • FIG 1 is a sketch of the basic principle of the invention and Figures 2-4 in a schematic representation different
  • the system described below is intended to inspect passengers and luggage for suspicious items such as weapons or explosives.
  • the system can be used in other applications in which a test object is irradiated with mm-waves and mm-waves reflected from the test object are evaluated in order to detect a hidden, invisible object.
  • FIG 1 the principle of the method is shown with the basic parts of the device for his niirr.h arrangement.
  • a transmitting antenna 1 for electromagnetic mm waves irradiates a focusing element 2, from which the waves emitted by the transmitting antenna 1 are focused on the test object.
  • the focusing element 2 is therefore designed so that the focus of the emitted waves can be adjusted to different depth ranges 3, 4 of the test object.
  • the focusing element 2 - as shown in the embodiment - at the same time designed as a reflector.
  • the focusing element 2 consists of an array of reflection antennas whose phase shift is electronically adjustable.
  • the transmitting and / or receiving antennas may also be designed so that their phases and / or amplitudes are adjustable.
  • the device then includes means to focus the mm-waves on a depth layer by adjusting the phases and / or amplitudes.
  • the electromagnetic wave is directed by the focusing element 2 on the test object.
  • the focus is adjusted so that the focus is initially in the first depth layer 3.
  • the maximum energy density is applied to the leading edge of the first depth layer 3, while the energy density at the second depth layer 4 is reduced.
  • the transmitting antenna 1 is also designed as a receiving antenna. It is also possible to additionally arrange receiving antennas in the array of the focusing element 2. Since the antenna 1 is a transmitting and receiving antenna, the reflected waves traverse the same path as the waves emitted by the focusing element, only in the opposite direction.
  • the adjustment of the focus point is preferably carried out by shifting the phase. This is made possible, for example, by the use of patch antennas as reflection antennas in the focusing element 2.
  • the depth of focus is changed so that the focus is moved from the layer 3 into the layer 4.
  • the opposite direction of focusing is also possible.
  • the two layers 3, 4 of the test object can thus be measured separately and evaluated separately in an evaluation system, not shown, in order to detect hidden objects.
  • the focusing element 2 is arranged very close to the test object.
  • the angle of incidence ⁇ can be made as large as possible. This results in an improved depth resolution since it is proportional to the wavelength and inversely proportional to the square of the numerical aperture NA.
  • the numerical aperture NA is defined as the sine of the angle ⁇ . The depth resolution thus improves quadratically with the sine of the angle of incidence ⁇ . This can be kept as large as possible if the test object is arranged as close as possible to the focusing element 2.
  • FIGS 2-4 show various embodiments of the invention.
  • the transmitting and receiving antenna 1 is arranged in the region between the focusing element 2 and the test object with the depth layers 3, 4. Since the transmitting antenna 1 also serves as a receiving antenna for the reflected waves in these embodiments, a space-saving, symmetrical construction of the device is possible.
  • the arrangement of the transmitting and receiving antenna 1 between the focusing element 2 and the test object has only a very small negative effect on the desired depth resolution, since shadowing in the middle range in this regard have little effect. Shades of the outer rays should be avoided to avoid impairing the depth resolution. Therefore, the reflective element 2 extends outwardly as far as possible beyond the transmitting and receiving antenna 1.
  • the numerical aperture is advantageously increased.
  • the transmitting and receiving antenna 1 is arranged in the array of the focusing element 2.
  • An additional reflector 5 redirects the beams emitted by the antenna 1 to the focusing element 2 and the beams reflected from the layers 3, 4 of the test object back to the receiving antenna 1.
  • the focusing element 2 is curved in the manner of a concave mirror to focus the mm-waves in the layers 3, 4 of the test object.
  • a phase-array method for example, a phase-array method, a multi-frequency method, in particular a stepped FMCW method, or a pulse radar method are used.
  • Focusing in monofrequency methods enables resolution in the depth of the test object.
  • fewer frequencies are advantageously required for a given depth resolution for a given bandwidth.
  • the focusing rate can be reduced while maintaining the same depth resolution.
  • the device can also be designed so that the focusing is done later by calculation.
  • the evaluation system then contains means for subsequent mathematical focusing of the mm-waves on a depth layer with the help of measured amplitudes and / or phases.
  • the evaluation is carried out using a SAR method (synthetic aperture). To generate these, the transmitting and / or receiving antennas are moved on a known path. Alternatively, the evaluation can also be carried out with an inverse SAR method. Then the test object is moved on a known path.
  • SAR method synthetic aperture
  • the combination with the known methods described above for depth resolution is possible. It is also possible to use model-based methods to further improve the depth resolution, and the number of required frequencies can be significantly limited in a stepped FMCW method, since the uniqueness range is significantly reduced by the focus.
  • objects can be distinguished which are located in different depth layers and thus have different distances to the scanning device. In this way, hidden objects can also be detected by highly reflective layers.
  • the transmit and associated receive antennas in an array can be positioned so close together that they act approximately as combined quasi-monostatic transmit and receive antennas.
  • the transmitting and associated receiving antennas with such a large distance from each other that they act as bi- or multistatic antennas.
  • All antennas described above are advantageously arranged in an antenna array. If the array is designed as an active antenna array, then the phases and / or amplitudes of the individual elements are adjustable. In the above, in a detection apparatus for checking persons, the focusing was performed electronically. Especially with smaller devices, such as hand or shoe scanners, the use of quasi-optical mm-wave focusing elements, such as quasi-optical lens systems, is possible.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Detektion von verdeckten Gegenständen mittels elektromagnetischen mm-Wellen, bei dem ein Prüfobjekt mit mm-Wellen bestrahlt wird und vom Prüfobjekt reflektierte mm-Wellen ausgewertet werden, werden die mm-Wellen beim Bestrahlen des Prüfobjekts auf verschiedene Tiefenschichten (3, 4) des Prüfobjekts fokussiert.

Description

B E S C H R E I B U N G
Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von verdeckten Gegenständen mittels elektromagnetischen mm-Wellen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von verdeckten Gegenständen mittels elektromagnetischen mm-Wellen, insbesondere von Gegenständen, die von Personen mitgeführt werden.
Zur Kontrolle von Personen wie Flugpassagieren auf verdächtige Gegenstände, beispielsweise Waffen oder Sprengstoff, sind Verfahren bekannt, bei denen die Personen mit mm-Wellen abgescannt werden. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind in der WO 2006/105997 A1 und der WO 2007/028472 A1 beschrieben.
Um von Personen am Körper mitgeführte Gegenstände zu detektieren sollen dicht am mm-Wellen-Scanner, im sogenannten Nahfeld, Tiefenprofile aufgenommen werden. Mit Hilfe dieser Tiefenprofile lassen sich die reflektierenden Signale von schwach reflektierenden Objekten nachweisen, die normalerweise von den Signalen stärker reflektierender Objekte in anderen Tiefenschichten verdeckt werden. Beispiele für schwach reflektierende Objekte, deren Signale von stark reflektierenden Objekten verdeckt werden, sind Sprengstoff-Folien, die geringe mm- Wellen-Reflektion aufweisen, auf menschlicher Haut, die mm-Wellen stark rpflpktiprt Fhfinsn werden die Signale von schwach reflektierenden Plastikminen, die sich unter der stark reflektierenden Erdoberfläche befinden, verdeckt. Üblicherweise erfolgt die Tiefenauflösung mittels mm-Wellen durch Aussendung und Auswertung von extrem kurzen Pulsen oder durch Frequenzmodulation wie beim FMCW-Radar. Eine mögliche Sonderform des FMCW-Radars ist das sogenannte Stepped-FMCW-Radar, bei dem diskrete Frequenzen benutzt werden, die mit Hilfe von Fourier- Transformation zu Pulsen im Zeitbereich zurückgerechnet werden. Alle diese Verfahren benötigen eine sehr große Bandbreite, falls eine Tiefenauflösung von einigen Zentimetern gefordert wird. So ist für eine Tiefenauflösung von 1 ,5 cm eine Bandbreite von 10 GHz notwendig. Bei Verwendung des Stepped-FMCW-Radars ist zur Vermeidung von Scheinzielen eine relativ kleine Schrittweite der Frequenzen erforderlich. So ist für einen Eindeutigkeitsbereich von 1 ,5 m eine maximale Schrittweite von 100 MHz erlaubt.
Diese Anforderungen sind technisch nur sehr schwierig zu und sehr aufwendig zu realisieren. Weiterhin ist es schwierig, von den Behörden Genehmigungen für die Benutzung von genügend großen Bandbreiten zu erhalten. Es wurde daher versucht, Modellverfahren zu benutzen, um bei geringer Bandbreite die benötigte Auflösung zu erhalten. Diese Verfahren sind sehr aufwendig und für Echtzeitsysteme nicht einsetzbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Detektion von verdeckten Gegenständen mittels elektromagnetischer mm- Wellen zu schaffen, das technisch weniger aufwendig eine gute Tiefenauflösung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die mm- Wellen beim Bestrahlen eines Prüfobjekts auf verschiedene Tiefenschichten des Prüfobjekts fokussiert werden.
Die Fokussierung kann dabei physikalisch oder nachträglich rechnerisch erfolgen. Zur Durchführung des Verfahrens weist eine Vorrichtung eine Sendeantenne für elektromagnetische mm-Wellen, eine Empfangsantenne zum Empfangen vom Prüfobjekt reflektierter Wellen, ein Auswertesystem und ein fokussierendes Element auf, von dem die von der Sendeantenne ausgesandten Wellen auf verschiedene Tiefen bereiche des Prüfobjekts fokussiert werden. Der Einsatz einer kombinierten Sende- und Empfangsantenne ist ebenfalls möglich.
Eine weitere Vorrichtung weist eine oder mehrere Sendeantennen (1) für elektromagnetische mm-Wellen, eine oder mehrere Empfangsantennen zum Empfangen von vom Prüfobjekt reflektierten Wellen, wobei die
Phasen und / oder die Amplituden der Sende- und / oder
Empfangsantennen einstellbar sind, ein Auswertesystem und Mittel zur
Fokussierung der mm-Wellen auf eine Tiefenschicht mit Hilfe der einstellbaren Phasen und Amplituden auf.
Eine weitere Vorrichtung ist so gestaltet, dass eine nachträgliche rechnerische Fokussierung durchgeführt werden kann. Diese Vorrichtung weist eine oder mehrere Sendeantennen (1) für elektromagnetische mm- Wellen, eine oder mehrere Empfangsantennen zum Empfangen von vom Prüfobjekt reflektierten Wellen und ein Auswertesystem, das Mittel zur nachträglichen rechnerischen Fokussierung der mm-Wellen auf eine Tiefenschicht mit Hilfe gemessener Amplituden und / oder Phasen auf.
Die Erfindung nutzt dabei die Eigenschaften einer Fokussierung, beispielsweise durch ein fokussierendes Element, zum Beispiel eine Linse, aus. Die Energie wird auf einen Punkt fokussiert, und die Energiedichte fällt vor und hinter diesem Punkt ab. Die Stärke des Abfalls und damit die Tiefenauflösung hängt vom Einfallswinkel α der Strahlen auf das Prüfobjekt ab. Es lassen sich so Objekte unterschiedlichen Abstands zu den Antennen basierend auf einer ausreichenden Tiefenauflösung unterscheiden. Es wird so eine ausreichende Tiefenauflösung mit monofrequenten mm- Wellen-Scannern ermöglicht.
Als weiterer Vorteil tritt hinzu, dass das Verfahren für ein Echtzeitsystem einsetzbar ist.
Bevorzugt ist das fokussierende Element zugleich als Reflektor ausgestaltet. Dies ermöglicht es, platzsparend die Sendeantenne zwischen dem fokussierenden Element und dem Prüfobjekt anzuordnen.
Dies ist möglich, da Abschattungen von Wellen im mittleren Bereich nur geringe Auswirkungen auf die Tiefenauflösung haben, während
Abschattungen der äußeren Strahlen vermieden werden sollen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine Skizze des Grundprinzips der Erfindung und die Figuren 2-4 in schematischer Darstellung verschiedene
Ausführungsformen.
Das nachfolgend beschriebene System ist zur Kontrolle von Passagieren und Gepäckstücken auf verdächtige Gegenstände wie Waffen oder Sprengstoff bestimmt. Das System ist bei weiteren Anwendungen einsetzbar, bei denen ein Prüfobjekt mit mm-Wellen bestrahlt und vom Prüfobjekt reflektierte mm-Wellen ausgewertet werden, um einen verdeckten, nicht sichtbaren Gegenstand zu detektieren.
In Figur 1 ist das Prinzip des Verfahrens mit den grundlegenden Teilen der Vorrichtung zu seiner niirr.hführung dargestellt. Eine Sendeantenne 1 für elektromagnetische mm-Wellen bestrahlt ein fokussierendes Element 2, von dem die von der Sendeantenne 1 ausgesandten Wellen auf das Prüfobjekts fokussiert werden. Das fokussierende Element 2 ist daher so gestaltet, dass der Fokus der ausgesandten Wellen auf verschiedene Tiefenbereiche 3, 4 des Prüfobjekts eingestellt werden kann.
Bevorzugt ist das fokussierende Element 2 - wie im Ausführungsbeispiel dargestellt - zugleich als Reflektor ausgestaltet. Vorzugsweise besteht das fokussierende Element 2 aus einem Array von Reflektionsantennen, deren Phasenverschiebung elektronisch einstellbar ist.
Um eine Fokussierung zu ermöglichen, können auch die Sende- und / oder Empfangsantennen so gestaltet sein, dass ihre Phasen und / oder Amplituden einstellbar sind. Die Vorrichtung enthält dann Mittel, um durch die Einstellung der Phasen und / oder Amplituden die mm-Wellen auf eine Tiefenschicht zu fokussieren.
Die elektromagnetische Welle wird von dem fokussierenden Element 2 auf das Prüfobjekt gerichtet. Die Fokussierung wird dabei so eingestellt, dass sich der Fokus zunächst in der ersten Tiefenschicht 3 befindet. Somit liegt die maximale Energiedichte an der Vorderkante der ersten Tiefenschicht 3 an, während die Energiedichte an der zweiten Tiefenschicht 4 reduziert wird. Zum Empfang der reflektierten Wellen ist die Sendeantenne 1 zugleich als Empfangsantenne gestaltet. Ebenso ist es möglich, in dem Array des fokussierenden Elements 2 zusätzlich Empfangsantennen anzuordnen. Da die Antenne 1 eine Sende- und Empfangsantenne ist, durchlaufen die reflektierten Wellen den gleichen Weg wie die vom fokussierenden Element ausgesandten Wellen, nur in umgekehrter Richtung. Die Einstellung des Fokuspunkts erfolgt bevorzugt durch Verschiebung der Phase. Dies wird beispielsweise durch den Einsatz von Patch-Antennen als Reflektionsantennen im fokussierenden Element 2 ermöglicht. Bei der Prüfung der beiden Schichten 3, 4 wird die Fokustiefe so verändert, dass der Fokus von der Schicht 3 in die Schicht 4 bewegt wird. Die umgekehrte Richtung der Fokussierung ist ebenfalls möglich. Die beiden Schichten 3, 4 des Prüfobjekts lassen sich so getrennt voneinander vermessen und getrennt in einem nicht dargestellten Auswertesystem auswerten, um verdeckte Gegenstände zu detektieren.
Bevorzugt ist das fokussierende Element 2 sehr nahe vor dem Prüfobjekt angeordnet. In Zusammenwirken mit einer geeigneten Formgebung und geeigneten Ausmaßen des fokussierenden Elements 2 lässt sich so der Einfallswinkel α möglichst groß gestalten. Dies führt zu einer verbesserten Tiefenauflösung, da diese proportional zur Wellenlänge und umgekehrt proportional zum Quadrat der numerischen Apertur NA ist. Die numerische Apertur NA ist definiert als der Sinus des Winkels α. Die Tiefenauflösung verbessert sich somit quadratisch mit dem Sinus des Einfallswinkels α. Dieser lässt sich möglichst groß halten, wenn das Prüfobjekt möglichst nahe an dem fokussierenden Element 2 angeordnet ist.
Die Figuren 2-4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Dabei ist die Sende- und Empfangsantenne 1 im Bereich zwischen dem fokussierenden Element 2 und dem Prüfobjekt mit den Tiefenschichten 3, 4 angeordnet. Da auch bei diesen Ausführungsformen die Sendeantenne 1 zugleich als Empfangsantenne für die reflektierten Wellen dient, ist ein platzsparender, symmetrischer Aufbau der Vorrichtung möglich. Die Anordnung der Sende- und Empfangsantenne 1 zwischen dem fokussierenden Element 2 und dem Prüfobjekt hat nur sehr geringe negative Auswirkung auf die gewünschte Tiefenauflösung, da Abschattungen im mittleren Bereich in dieser Hinsicht nur geringe Auswirkungen haben. Abschattungen der äußeren Strahlen sollten zur Vermeidung von Beeinträchtigungen der Tiefenauflösung vermieden werden. Daher erstreckt sich das reflektierende Element 2 nach außen möglichst weit über die Sende- und Empfangsantenne 1 hinaus. So wird zugleich die numerische Apertur vorteilhaft vergrößert. Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist die Sende- und Empfangsantenne 1 in dem Array des fokussierenden Elements 2 angeordnet. Ein zusätzlicher Reflektor 5 lenkt die von der Antenne 1 ausgesandten Strahlen zum fokussierenden Element 2 und die von den Schichten 3, 4 des Prüfobjekts reflektierten Strahlen wieder zur Empfangsantenne 1 zurück. Bei der Ausführungsform nach Figur 4 ist das fokussierende Element 2 nach Art eines Hohlspiegels gekrümmt gestaltet, um die mm-Wellen in den Schichten 3, 4 des Prüfobjekts zu fokussieren.
Als Abtast- und Auswerteverfahren werden entweder monofrequente Verfahren, beispielsweise ein Phase-Array-Verfahren, ein multifrequentes Verfahren, insbesondere ein Stepped-FMCW- Verfahren, oder ein Pulsradarverfahren eingesetzt.
Die Fokussierung ermöglicht bei monofrequenten Verfahren eine Auflösung in der Tiefe des Prüfobjekts. Bei multifrequenten Verfahren werden vorteilhaft bei vorgegebener Bandbreite weniger Frequenzen für eine gewünschte Tiefenauflösung benötigt. Bei Pulsradarverfahren kann durch die Fokussierung bei gleicher Tiefenauflösung die Abtastrate verringert werden.
Alternativ kann die Vorrichtung auch so ausgestaltet sein, dass die Fokussierung nachträglich rechnerisch erfolgt. Das Auswertesystem enthält dann Mittel zur nachträglichen rechnerischen Fokussierung der mm-Wellen auf eine Tiefenschicht mit Hilfe gemessener Amplituden und / oder Phasen.
Bei der rechnerischen Fokussierung erfolgt nach einer Ausführungsform die Auswertung mit einem SAR-Verfahren (synthetische Apertur). Um diese zu erzeugen werden die Sende- und / oder Empfangsantennen auf einer bekannten Bahn bewegt. Alternativ kann die Auswertung auch mit einem inversen SAR-Verfahren erfolgen. Dann wird das Prüfobjekt auf einer bekannten Bahn bewegt.
Auch ist die Kombination mit den eingangs beschriebenen bekannten Verfahren zur Tiefenauflösung möglich. Es lassen sich so auch Modellbasierte Verfahren zur weiteren Verbesserung der Tiefenauflösung einsetzen, und die Anzahl der benötigten Frequenzen lässt sich bei einem Stepped-FMCW-Verfahren deutlich einschränken, da der Eindeutigkeitsbereich durch die Fokussierung deutlich kleiner wird. Zusammengefasst lassen sich wegen der ausreichenden Tiefenauflösung Objekte unterscheiden, die sich in verschiedenen Tiefenschichten befinden und damit unterschiedlichen Abstand zur Abtasteinrichtung aufweisen. So können auch von stark reflektierenden Schichten verdeckte Gegenstände detektiert werden.
Bei den Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren können die Sende- und zugehörigen Empfangsantennen in einem Array so nah beieinander positioniert werden, dass sie näherungsweise als kombinierte, quasi-monostatische Sende- und Empfangsantennen wirken.
Alternativ ist es möglich, in einem Array die Sende- und zugehörigen Empfangsantennen mit einem so großen Abstand voneinander anzuordnen, dass sie als bi- oder multistatische Antennen wirken. Bevorzugt ist es dann der Abstand einer Sende- von der zugehörigen Empfangsantenne größer als eine Wellenlänge.
Alle vorstehend beschriebenen Antennen werden vorteilhaft in einem Antennenarray angeordnet. Ist das Array als aktives Antennenarray gestaltet, so sind die Phasen und / oder Amplituden der einzelnen Elemente einstellbar. Vorstehend wurde bei einer Detektionsvorrichtung zur Überprüfung von Personen die Fokussierung elektronisch durchgeführt. Insbesondere bei kleineren Geräten, beispielsweise Hand- oder Schuhscannern, ist auch der Einsatz von quasi - optischen mm-Wellen fokussierenden Elementen, beispielsweise von quasi - optischen Linsensystemen, möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von verdeckten Gegenständen mittels elektromagnetischen mm-Wellen
1.
Verfahren zur Detektion von verdeckten Gegenständen mittels elektromagnetischen mm-Wellen, bei dem ein Prüfobjekt mit mm-Wellen bestrahlt wird und vom Prüfobjekt reflektierte mm-Wellen ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die mm-Wellen beim Bestrahlen des Prüfobjekts auf verschiedene Tiefenschichten (3, 4) des Prüfobjekts fokussiert werden.
2.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine oder mehrere Sendeantennen (1) für elektromagnetische mm- Wellen, - eine oder mehrere Empfangsantennen zum Empfangen vom Prüfobjekt reflektierter Wellen, ein Auswertesystem und ein fokussierenden Element (2), von dem die von der Sendeantenne (1) ausgesandten Wellen auf verschiedene Tiefenschichten (3, 4) des Prüfobjekts fokussiert werden.
3.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fokussierende Element (2) zugleich als Reflektor ausgestaltet ist.
4.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fokussierende Element (2) eine quasi-optische Linse ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das fokussierende Element (2) als Array von Reflektionsantennen mit einstellbarer Phasenverschiebung gestaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das fokussierende Element (2) als Array von Transmissionsantennen mit elektrisch einstellbarer Veränderung von Phase und/oder Amplitude gestaltet ist.
7.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine zwischen dem fokussierenden Element (2) und dem Prüfobjekt angeordnete Sende- und Empfangsantenne (1) für mm-Wellen.
8.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch - eine oder mehrere Sendeantennen (1) für elektromagnetische rnm-
Wellen, eine oder mehrere Empfangsantennen zum Empfangen von vom
Prüfobjekt reflektierten Wellen, wobei die Phasen und / oder die
Amplituden der Sende- und / oder Empfangsantennen einstellbar sind, ein Auswertesystem und
Mittel zur Fokussierung der mm-Wellen auf eine Tiefenschicht mit
Hilfe der einstellbaren Phasen und Amplituden.
9.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine oder mehrere Sendeantennen (1) für elektromagnetische mm- Wellen, - eine oder mehrere Empfangsantennen zum Empfangen von vom Prüfobjekt reflektierten Wellen und ein Auswertesystem, das Mittel zur nachträglichen rechnerischen Fokussierung der mm-Wellen auf eine Tiefenschicht mit Hilfe gemessener Amplituden und / oder Phasen aufweist.
10.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Sende- und/oder Empfangsantennen auf einer bekannten Bahn bewegt werden, um eine synthetische Apertur (SAR) zu erzeugen.
1 1.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
Prüfobjekt auf einer bekannten Bahn bewegt wird und die Auswertung mit einem inversen SAR-Verfahren erfolgt.
12.
Vorrichtung nach Anspruch 9-11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und zugehörigen Empfangsantennen so nah beieinander positioniert sind, dass sie näherungsweise als kombinierte, quasi- monostatische Sende- und Empfangsantennen wirken.
13.
Vorrichtung nach Anspruch 9 - 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und zugehörigen Empfangsantennen mit einem Abstand größer als eine Wellenlänge voneinander beabstandet sind und als bi- oder multistatische Antennen wirken.
14. Vorrichtung nach Anspruch 8 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Antennen ein Antennenarray bilden.
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